JP7042068B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

[背景技術]
タイヤは、良好なウェットスキッド(濡れ滑り)抵抗、低い転がり抵抗、及び良好な摩耗特性を有することが非常に望ましい。タイヤの摩耗特性をそのウェットスキッド抵抗及びトラクション(牽引)特性を犠牲にせずに改良することは従来非常に困難であった。これらの性質は、タイヤの製造に利用されるゴムの動的粘弾性に依存するところが大きい。
タイヤの転がり抵抗を低減し、トレッド摩耗特性を改良するために、従来、高いリバウンド(反発弾性)を有するゴムがタイヤトレッド用ゴムコンパウンドの製造に利用されてきた。他方、タイヤのウェットスキッド抵抗を増大させるためには、一般的に、大きなエネルギー損失を受けるゴムがタイヤのトレッドに利用されてきた。これら二つの粘弾性的には矛盾した性質のバランスを取るために、通常、様々な種類の合成及び天然ゴムの混合物がタイヤトレッドに利用されている。
タイヤは、時に、雪面上でのトラクションを促進するためのトレッドを備えることが求められることもある。タイヤトレッドのために様々なゴム組成物が提案できる。ここで、課題は、トレッドが低温の冬季条件、特に車両の雪道走行に使用されることを目的とする場合、そのようなトレッドゴム組成物の硬化剛性を低減することである。これは-20℃で低い貯蔵弾性率G’を有することによって示される。
低温(例えば冬季)性能を促進しながら、ウェットトラクションも維持するようなタイヤトレッドゴム組成物を提供することには大きな課題があると考えられている。
本発明は、トレッドベース層と、前記ベース層の半径方向外側に配置された外側キャップ層とを含むトレッドを有する空気入りタイヤであって、
前記外側キャップ層は、軸方向中央ゾーンと、前記中央ゾーンに軸方向に隣接してそれぞれ配置された2つの側部ゾーンとを含み、
前記中央ゾーンは中央ゾーン組成物を含み、前記側部ゾーンは側部ゾーン組成物をそれぞれ含み;
前記中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物はそれぞれ、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、-65℃~-55℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を有し、そしてアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
100~180phrの沈降シリカ;及び
30~80phrの、少なくとも30℃のTgを有する樹脂とオイルの組合せ
を含み、
樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は3未満であり;
中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大きく、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満である空気入りタイヤに向けられる。
図1は、トレッドの第一の態様の断面図を示す。 図2は、トレッドの第二の態様の断面図を示す。
トレッドベース層と、前記ベース層の半径方向外側に配置された外側キャップ層とを含むトレッドを有する空気入りタイヤであって、
前記外側キャップ層は、軸方向中央ゾーンと、前記中央ゾーンに軸方向に隣接してそれぞれ配置された2つの側部ゾーンとを含み、
前記中央ゾーンは中央ゾーン組成物を含み、前記側部ゾーンは側部ゾーン組成物をそれぞれ含み;
前記中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物はそれぞれ、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、-65℃~-55℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を有し、そしてアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
100~180phrの沈降シリカ;及び
30~80phrの、少なくとも30℃のTgを有する樹脂とオイルの組合せ
を含み、
樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は3未満であり;
中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大きく、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満である空気入りタイヤを開示する。
次に、図1を参照すると、トレッド10の断面図が示されている。トレッド10は、ベース層14の半径方向外側に配置された外側キャップ層12を含む。外側キャップ層12は、トレッド10の軸方向中央に配置された中央ゾーン20と、中央ゾーン20の両側に軸方向に隣接して配置された2つの側部ゾーン18a、18bとを含み、周方向溝30が中央ゾーン20と各側部ゾーン18a、18bとの間に配置されている。図1に示されている態様において、外側キャップ層12は、ベース14から半径方向外側に伸び、且つベース層14に接触している。1対のトレッドウィング22a、22bは、ベース14から半径方向外側に伸びている。ウィング22aは、側部ゾーン18aに軸方向に隣接し、中央ゾーン20からは軸方向遠位に配置されている。同様に、ウィング22bは、側部ゾーン18bに軸方向に隣接し、中央ゾーン20からは軸方向遠位に配置されている。導電性の煙突状部16は、ベース14から外側キャップ層12を通って半径方向外側に伸びている。煙突状部16は、トレッド10を含むタイヤ(図示せず)から静電気を伝導するための導電路を提供している。ベース14、煙突状部16及びウィング22a、22bは、典型的には、導電路を提供するために十分なカーボンブラックを含む同じゴム組成物からできている。中央ゾーン20は中央ゾーンゴム組成物からできており、側部ゾーン18a、18bは側部ゾーンゴム組成物からできている。
図2を参照すると、トレッド110の第二の態様が示されている。そこでは、内側キャップ層124が、外側キャップ層112とベース層114の間に半径方向に配置されている。外側キャップ層112は、トレッド110の軸方向中央に配置された中央ゾーン120と、中央ゾーン120の両側に軸方向に隣接して配置された2つの側部ゾーン118a、118bとを含み、周方向溝130が中央ゾーン120と各側部ゾーン118a、118bとの間に配置されている。図2に示されている態様において、外側キャップ層112は、内側キャップ層124から半径方向外側に伸び、且つ内側キャップ層124に接触している。1対のトレッドウィング122a、122bは、ベース114から半径方向外側に伸びている。ウィング122aは、側部ゾーン118aに軸方向に隣接し、中央ゾーン120からは軸方向遠位に配置されている。同様に、ウィング122bは、側部ゾーン118bに軸方向に隣接し、中央ゾーン120からは軸方向遠位に配置されている。電導性の煙突状部116は、ベース114から内側キャップ層124及び外側キャップ層112を通って半径方向外側に伸びている。煙突状部116は、トレッド110を含むタイヤ(図示せず)から静電気を伝導するための導電路を提供している。ベース114、煙突状部116及びウィング122a、122bは、典型的には、導電路を提供するために十分なカーボンブラックを含む同じゴム組成物からできている。中央ゾーン120は中央ゾーンゴム組成物からできており、側部ゾーン118a、118bは側部ゾーンゴム組成物からできている。内側キャップ層124は内側キャップゴム組成物からできている。
中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の両方を含む外側キャップ層、及び内側キャップ層のゴム組成物は、アルコキシシラン基と第一アミン基及びチオール基の少なくとも一つとで官能化された、50~90phrのスチレン-ブタジエンゴムを含む。一態様において、スチレン-ブタジエンゴムは、スチレンとブタジエンの共重合によって得られ、該スチレン-ブタジエンゴムは、ポリマー鎖に結合された第一アミノ基及び/又はチオール基とアルコキシシリル基とを有することを特徴とする。一態様において、アルコキシシリル基はエトキシシリル基である。
第一アミノ基及び/又はチオール基は、スチレン-ブタジエンゴム鎖に結合されている限り、重合開始末端、重合停止末端、スチレン-ブタジエンゴムの主鎖及び側鎖のいずれに結合されていてもよい。しかしながら、第一アミノ基及び/又はチオール基は、ヒステリシスロス特性を改良するためにポリマー末端におけるエネルギー消失を阻害するという点で、重合開始末端又は重合停止末端に導入されるのが好ましい。
さらに、(コ)ポリマーゴムのポリマー鎖に結合されたアルコキシシリル基の含量は、好ましくは0.5~200mmol/kgスチレン-ブタジエンゴムである。該含量は、さらに好ましくは1~100mmol/kgスチレン-ブタジエンゴム、特に好ましくは2~50mmol/kgスチレン-ブタジエンゴムである。
アルコキシシリル基は、(コ)ポリマー鎖に結合されている限り、重合開始末端、重合停止末端、(コ)ポリマーの主鎖及び側鎖のいずれに結合されていてもよい。しかしながら、アルコキシシリル基は、(コ)ポリマー末端からのエネルギー消失を阻害するとヒステリシスロス特性が改良できるという点で、重合開始末端又は重合停止末端に導入されるのが好ましい。
スチレン-ブタジエンゴムは、スチレンとブタジエンを、炭化水素溶媒中、有機アルカリ金属及び/又は有機アルカリ土類金属を開始剤として用いてアニオン重合によって重合させ、保護基で保護された第一アミノ基及び/又は保護基で保護されたチオール基及びアルコキシシリル基を有する停止剤化合物をリビングポリマー鎖末端と反応させるために、重合が実質的に完了した時点で加え、次いで例えば加水分解又はその他の適切な方法によって脱保護を実施することによって製造できる。一態様において、スチレン-ブタジエンゴムは、米国特許第7,342,070号に開示されているようにして製造できる。別の態様において、スチレン-ブタジエンゴムは、WO2007/047943号に開示されているようにして製造できる。
一態様において、そして米国特許第7,342,070号に教示されているように、スチレン-ブタジエンゴムは、式(I)又は(II):
Figure 0007042068000001
[式中、Pは、共役ジオレフィン又は共役ジオレフィンと芳香族ビニル化合物の(コ)ポリマー鎖であり、Rは、1~12個の炭素原子を有するアルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、1~20個の炭素原子を有するアルキル基、アリル基又はアリール基であり、nは1又は2の整数であり、mは1又は2の整数であり、そしてkは1又は2の整数であるが、ただしn+m+kは3又は4の整数である]、
Figure 0007042068000002
[式中、P、R、R及びRは、上記式Iで与えられているのと同じ定義を有し、jは1~3の整数であり、そしてhは1~3の整数であるが、ただしj+hは2~4の整数である]のものである。
保護された第一アミノ基及びアルコキシシリル基を有する停止剤化合物は、当該技術分野で公知の様々な化合物のいずれでもよい。一態様において、保護された第一アミノ基及びアルコキシシリル基を有する化合物は、例えば、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、1-トリメチルシリル-2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)-アミノエチルトリエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルメチルジエトキシシランなどを含みうるが、好ましくは、1-トリメチルシリル-2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン及びN,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシランである。一態様において、保護された第一アミノ基及びアルコキシシリル基を有する化合物は、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシランである。
一態様において、保護された第一アミノ基及びアルコキシシリル基を有する化合物は、式III:
RN-(CHSi(OR’) III
[式中、窒素(N)原子と一緒になったRは保護されたアミン基であって、適切な後処理により第一アミンになり、R’は、アルキル、シクロアルキル、アリル、又はアリールから選ばれる1~18個の炭素原子を有する基を表し;そしてXは1~20の整数である]の任意の化合物でありうる。一態様において、少なくとも1個のR’基はエチル基である。適切な後処理により第一アミンになるとは、リビングポリマーと保護された第一アミノ基及びアルコキシシリル基を有する化合物との反応の後、保護基が除去されることを意味する。例えば、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシランにあるようなビス(トリアルキルシリル)保護基の場合、トリアルキルシリル基を除去し、第一アミンを遊離するために加水分解が使用される。
一態様において、ゴム組成物は、約50~約90phrの、アルコキシシラン基と第一アミン基又はチオール基で官能化されたスチレン-ブタジエンゴムを含む。
アルコキシシラン基と第一アミン基とで官能化された適切なスチレン-ブタジエンゴムは、Japan Synthetic Rubber(JSR)社製HPR 340など、市販されている。
一態様において、溶液重合スチレン-ブタジエンゴムは、WO2007/047943号に開示されているように、アルコキシシラン基とチールで官能化されており、リビングアニオンポリマーと、式IV:
(RO) Si-R'-S-SiR IV
[式中、Siはケイ素であり;Sは硫黄であり;Oは酸素であり;xは、1、2及び3から選ばれる整数であり;yは、0、1、及び2から選ばれる整数であり;x+y=3であり;Rは、同じ又は異なっていて(C-C16)アルキルであり;そしてR’は、アリール、及びアルキルアリール、又は(C-C16)アルキルである]によって表されるシラン-スルフィド変性剤との反応生成物を含む。一態様において、Rは(C-C16)アルキルである。一態様において、各R基は、同じ又は異なっていて、それぞれ独立にC-Cアルキルであり、RはC-Cアルキルである。
外側キャップ層及び内側キャップ層の溶液重合スチレン-ブタジエンゴムは、-65℃~-55℃の範囲のガラス転移温度を有する。エラストマー又はエラストマー組成物のガラス転移温度、又はTgと言う場合、本明細書においては、各エラストマー又はエラストマー組成物のその未硬化状態か又はエラストマー組成物の場合おそらくは硬化状態のガラス転移温度を表す。Tgは、例えばASTM D7426又はその同等規格に従って、示差走査熱量計(DSC)により、10℃/分の昇温速度で、ピーク中点として適切に決定できる。
アルコキシシラン基及びチオール基で官能化された適切なスチレン-ブタジエンゴムは、Styron社製Sprintan(登録商標)など、市販されている。
外側キャップ層及び内側キャップ層のゴム組成物の別の成分は、約50~約10phrの、95%を超えるシス1,4含量と-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエンである。適切なポリブタジエンゴムは、例えば、1,3-ブタジエンの有機溶液重合によって製造できる。BRは、例えば、少なくとも90パーセントのシス1,4含量及び約-95℃~約-105℃の範囲のガラス転移温度Tgを有することによって都合よく特徴付けできる。適切なポリブタジエンゴムは、Goodyear社製のBudene(登録商標)1229(Tg-108℃、シス1,4含量96%)など、市販されている。
ゴム組成物はプロセスオイルを含んでいてもよい。プロセスオイルは、エラストマーを伸展するために典型的に使用される伸展油としてゴム組成物に包含されうる。プロセスオイルは、オイルをゴム配合中に直接添加することによってゴム組成物に含めることもできる。使用されるプロセスオイルは、エラストマー中に存在する伸展油と配合中に添加されるプロセスオイルの両方を含みうる。適切なプロセスオイルは、当該技術分野で公知の様々なオイル、例えば、芳香族系油、パラフィン系油、ナフテン系油、及び低PCA油、例えばMES油、TDAE油、及び重ナフテン系油、及び植物油、例えばヒマワリ油、大豆油、及びサフラワー油などである。
外側キャップ層のゴム組成物は、プロセスオイルと樹脂の組合せを30~80phrの範囲の量で含む。一態様において、ゴム組成物は、プロセスオイルと樹脂の組合せを30~50phrの範囲の量で含む。一態様において、ゴム組成物は、プロセスオイルと樹脂の組合せを50~80phrの範囲の量で含む。
一態様において、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大であり、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満である。一態様において、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大で4未満であり、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満で1より大である。一態様において、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2.2より大で4未満であり、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は1.8未満で1より大である。一態様において、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2.5より大で4未満であり、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は1.5未満で1より大である。
一態様において、中央ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大、あるいは2より大で4未満、あるいは2.2より大で4未満、あるいは2.5より大で4未満であり、側部ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満、あるいは2未満で1より大、あるいは1.8未満で1より大、あるいは1.5未満で1より大である。
一態様において、側部ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大、あるいは2より大で4未満、あるいは2.2より大で4未満、あるいは2.5より大で4未満であり、中央ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満、あるいは2未満で1より大、あるいは1.8未満で1より大、あるいは1.5未満で1より大である。
内側キャップ層のゴム組成物は25~50phrのプロセスオイルを含むが、本質的に樹脂は含まない。本質的に含まないとは、樹脂を内側キャップ層のゴム組成物に添加しないことを意味するが、混合装置の汚染によって混合工程中にいくらかの残留樹脂が含まれうるという理解である。内側キャップ層のゴム組成物は1phr未満の樹脂を含む。別の態様において、内側キャップ層のゴム組成物は0.5phr未満の樹脂を含む。
外側キャップ層のゴム組成物に使用される樹脂は、30℃より高いTgを有する。樹脂は、炭化水素樹脂、フェノール/アセチレン樹脂、テルペンフェノール樹脂、ロジン誘導樹脂及びそれらの混合物からなる群から選ばれる。
代表的な炭化水素樹脂は、クマロン-インデン樹脂、石油樹脂、テルペンポリマー、アルファメチルスチレン樹脂及びそれらの混合物などである。
クマロン-インデン樹脂は、10~160℃の範囲の融点(環球法による測定)を有する多くの形態で市販されている。好ましくは、融点は30~100℃の範囲である。クマロン-インデン樹脂は周知である。様々な分析により、当該樹脂は主にポリインデンであることが示されている。しかしながら、典型的には、メチルインデン、クマロン、メチルクマロン、スチレン及びメチルスチレン由来のランダムポリマー単位を含有している。
石油樹脂は市販されており、軟化点は10℃~120℃の範囲である。好ましくは、軟化点は30~100℃の範囲である。適切な石油樹脂は、芳香族型及び非芳香族型の両方を含む。数種類の型の石油樹脂が入手可能である。一部の樹脂は低不飽和度及び高芳香族含量であるが、一部は高不飽和であり、なお一部は芳香族構造を全く含有していない。樹脂の差は、主に、樹脂が誘導される原料中のオレフィンによる。そのような樹脂の従来の誘導体は、ジシクロペンタジエン、シクロペンタジエン、それらの二量体ならびにイソプレン及びピペリレンなどのジオレフィンなどである。
テルペンポリマーは、ミネラルスピリット中でのベータピネン混合物の重合により商業的に生産されている。当該樹脂は、通常10℃~135℃の範囲の様々な融点のものが供給されている。
フェノール/アセチレン樹脂が使用されてもよい。フェノール/アセチレン樹脂は、ナフテン酸亜鉛の存在下、ブチルフェノールへのアセチレンの付加によって誘導できる。追加の例は、アルキルフェノール及びアセチレンから誘導される。
テルペン-フェノール樹脂も使用できる。テルペン-フェノール樹脂は、フェノール性モノマーとリモネン及びピネンなどのテルペンとの共重合によって誘導できる。
ロジン及び誘導体から誘導される樹脂も本発明で使用できる。ガム及びウッドロジンはほぼ同じ組成を有するが、各種異性体の量が変動しうる。それらは典型的には、約10重量パーセントの中性物質、53重量パーセントの2個の二重結合を含有する樹脂酸、13重量パーセントの1個の二重結合を含有する樹脂酸、16重量パーセントの完全飽和樹脂酸及び2パーセントの、芳香環を含有するが不飽和なしのデヒドロアビエチン酸を含有する。約6パーセントの酸化酸も存在する。ジ不飽和酸の代表は、アビエチン酸、レボピマル酸及びネオアビエチン酸などである。モノ不飽和酸の代表は、デキストロプルマリス酸(dextroplmaris acid)及びジヒドロアビエチン酸などである。代表的な飽和ロジン酸はテトラヒドロアビエチン酸である。
一態様において、樹脂はスチレン及びアルファメチルスチレンから誘導される。一側面において、その分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)と組み合わさったそのガラス転移温度(Tg)特性は、ゴム組成物における樹脂の適切な適合性を提供すると考えられる。適合性の程度はゴム組成物の性質に直接関連する。
スチレン/アルファメチルスチレン樹脂の存在と、スチレン-ブタジエンエラストマーの存在を含有するゴムブレンドとの組合せは、以下で概説する通り、トレッドゴム組成物の、様々な温度/周波数/歪における複素及び貯蔵弾性率、損失弾性率、タンデルタ及び損失コンプライアンスなどの観察された粘弾性のために有益であるとここでは考えられている。
複素及び貯蔵弾性率、損失弾性率、タンデルタ及び損失コンプライアンスなどの性質は当業者には一般的に周知であると理解されている。それらについては以下で概説する。
樹脂の分子量分布は、樹脂の分子量平均(Mw)対分子量数平均(Mn)値の比として視覚化され、ここでは、比較的狭い範囲と見なされる約1.5/1~約2.5/1の範囲と考えられている。これは、ポリマーマトリックスとの選択的適合性のため及び広い温度範囲にわたる湿潤及び乾燥条件でのタイヤの想定される使用のために有利であると考えられる。
樹脂のTgの適切な測定法は、ASTM D6604又は同等規格に準拠したDSCである。
スチレン/アルファメチルスチレン樹脂は、本明細書においては、スチレンとアルファメチルスチレンの比較的短鎖コポリマーで、スチレン/アルファメチルスチレンのモル比が約0.40~約1.50の範囲と考えられている。一側面において、そのような樹脂は、例えば、炭化水素溶媒中でのスチレンとアルファメチルスチレンのカチオン共重合により適切に製造できる。
従って、想定されるスチレン/アルファスチレン樹脂は、例えば、その化学構造、すなわちそのスチレン及びアルファメチルスチレンの含量及び軟化点、そしてまた所望であれば、そのガラス転移温度、分子量及び分子量分布によって特徴付けることができる。
一態様において、スチレン/アルファメチルスチレン樹脂は、約40~約70パーセントのスチレン由来単位、及びそれに対応して約60~約30パーセントのアルファメチルスチレン由来単位で構成される。一態様において、スチレン/アルファメチルスチレン樹脂は、約80℃~約145℃の範囲のASTM No.E-28による軟化点を有する。
適切なスチレン/アルファメチルスチレン樹脂は、Eastman社よりResin 2336として、又はArizona Chemical社よりSylvares SA85として市販されている。
“オレフィン性不飽和を含有するゴム又はエラストマー”という語句は、天然ゴム及びその各種未加工形及び再生形、ならびに各種合成ゴムのどちらも含むものとする。本発明の記載において、“ゴム”及び“エラストマー”という用語は、別段の規定のない限り互換的に使用されうる。“ゴム組成物”、“配合ゴム”及び“ゴムコンパウンド”という用語は、各種成分及び材料とブレンド又は混合されているゴムのことを言うのに互換的に使用され、そのような用語はゴム混合又はゴム配合分野の当業者には周知である。
外側キャップ層の加硫可能ゴム組成物は、約100~約180phrのシリカを含みうる。内側キャップ層の加硫可能ゴム組成物は、約70~約120phrのシリカを含みうる。
中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物を含む外側キャップ層のゴム組成物において、樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は3未満である。一態様において、外側キャップ層のゴム組成物における樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は3未満で1より大である。一態様において、外側キャップ層のゴム組成物における樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は2.5未満で1より大である。中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物における樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は前述の範囲内で同じでも又は異なっていてもよい。
内側キャップ層のゴム組成物において、オイルの量に対するシリカの量の重量比は3より大である。一態様において、内側キャップ層のゴム組成物におけるオイルの量に対するシリカの量の重量比は3より大で6未満である。一態様において、内側キャップ層のゴム組成物におけるオイルの量に対するシリカの量の重量比は3.5より大で6未満である。
ゴムコンパウンドに使用できる一般的に用いられるケイ質顔料は、従来型の熱分解ケイ質顔料及び沈降ケイ質顔料(シリカ)を含むが、沈降シリカが好適である。本発明で好適に使用される従来型ケイ質顔料は、例えば、ケイ酸ナトリウムなどの可溶性ケイ酸塩の酸性化によって得られるような沈降シリカである。
そのような従来型シリカは、窒素ガスを用いて測定されたBET表面積が1グラムあたり約40~約600平方メートルの範囲、より通常的には1グラムあたり約50~約300平方メートルの範囲であることを特徴としうる。表面積を測定するBET法は、Journal of the American Chemical Society、第60巻、304ページ(1930)に記載されている。
従来型シリカは、典型的には、約100~約400、より通常的には約150~約300の範囲のジブチルフタレート(DBP)吸収値を有することも特徴としうる。
従来型シリカは、電子顕微鏡による測定で例えば0.01~0.05ミクロンの範囲の平均極限粒径を有すると予測されうるが、シリカ粒子は、それよりさらに小さい、又はおそらくは大きいサイズであってもよい。
様々な市販シリカが使用できる。例えば、本明細書における単なる例として及び制限なしに挙げると、PPG Industries社から商標Hi-Sil、表示名210、243などとして市販されているシリカ;Rhodia社から例えば表示名Z1165MP及びZ165GRとして入手できるシリカ;及びDegussa AG社から例えば表示名VN2及びVN3として入手できるシリカなどである。
加硫可能ゴム組成物は、約5~約50phrのカーボンブラックを含みうる。
一般的に使用されるカーボンブラックが従来型フィラーとして使用できる。そのようなカーボンブラックの代表例は、N110、N121、N134、N220、N231、N234、N242、N293、N299、S315、N326、N330、M332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990及びN991などである。これらのカーボンブラックは、9~145g/kgの範囲のヨウ素吸収及び34~150cm/100gの範囲のDBP数を有している。
外側キャップ層及び内側キャップ層に使用するためのゴム組成物は、さらに従来型の硫黄含有有機ケイ素化合物も含有するのが好適であろう。適切な硫黄含有有機ケイ素化合物の例は、式:
Z-Alk-S-Alk-Z V
の化合物で、式中、Zは、
Figure 0007042068000003
[式中、Rは1~4個の炭素原子のアルキル基、シクロヘキシル又はフェニルであり;Rは1~8個の炭素原子のアルコキシ、又は5~8個の炭素原子のシクロアルコキシであり;Alkは1~18個の炭素原子の二価炭化水素であり、そしてnは2~8の整数である]からなる群から選ばれる。
好適な硫黄含有有機ケイ素化合物は、3,3'-ビス(トリメトキシ又はトリエトキシシリルプロピル)スルフィドである。最も好適な化合物は、3,3'-ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド及び3,3'-ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドである。従って、式Vに関して、好ましくは、Zは、
Figure 0007042068000004
[式中、Rは、2~4個の炭素原子のアルコキシで、2個の炭素原子が特に好適であり;alkは2~4個の炭素原子の二価炭化水素で、3個の炭素原子が特に好適であり;そしてnは2~5の整数で、2及び4が特に好適である]である。
別の態様において、適切な硫黄含有有機ケイ素化合物は、米国特許第6,608,125号に開示されている化合物を含む。一態様において、硫黄含有有機ケイ素化合物は、Momentive Performance Materials社からNXTTMとして市販されている3-(オクタノイルチオ)-1-プロピルトリエトキシシラン、CH(CHC(=O)-S-CHCHCHSi(OCHCHを含む。
別の態様において、適切な硫黄含有有機ケイ素化合物は、米国特許公開第2006/0041063号に開示されている化合物を含む。一態様において、硫黄含有有機ケイ素化合物は、炭化水素ベースのジオール(例えば、2-メチル-1,3-プロパンジオール)とS-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]チオオクタノエートとの反応生成物を含む。一態様において、硫黄含有有機ケイ素化合物は、Momentive Performance Materials社製のNXT-ZTMである。
別の態様において、適切な硫黄含有有機ケイ素化合物は、米国特許公開第2003/0130535号に開示されている化合物を含む。一態様において、硫黄含有有機ケイ素化合物は、Degussa社製のSi-363である。
ゴム組成物中の式Vの硫黄含有有機ケイ素化合物の量は、使用されるその他の添加剤のレベルに応じて変動する。一般的に言えば、式Vの化合物の量は0.5~20phrの範囲であろう。好ましくは、その量は1~10phrの範囲であろう。
当業者であれば、ゴム組成物は、ゴム配合分野で一般的に知られている方法によって配合されるであろうことは容易に分かるはずである。例えば、様々な硫黄加硫可能成分ゴムを、一般的に使用されている様々な添加剤材料、例えば、硫黄供与体、硬化補助剤、例えば活性化剤及び遅延剤及び加工添加剤、フィラー、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、抗酸化剤及びオゾン劣化防止剤及びしゃく解剤などと混合する。当業者には分かる通り、硫黄加硫可能(sulfur vulcanizable)材料及び硫黄加硫(sulfur-vulcanized)材料(ゴム)の使用目的に応じて、上記添加剤は選択され、従来量で一般的に使用される。硫黄供与体の代表例は、元素硫黄(遊離硫黄)、アミンジスルフィド、ポリマー性ポリスルフィド及び硫黄オレフィン付加物などである。好ましくは、硫黄加硫剤は元素硫黄である。硫黄加硫剤は、0.5~8phrの範囲の量で使用されうるが、1.5~6phrの範囲が好適である。抗酸化剤の典型的な量は約1~約5phrを含む。代表的抗酸化剤は、例えばジフェニル-p-フェニレンジアミン及びその他、例えばThe Vanderbilt Rubber Handbook(1978),344~346ページに開示されているものであろう。オゾン劣化防止剤の典型的な量は約1~5phrを含む。脂肪酸の典型的な量は、使用される場合、ステアリン酸などでありうるが、約0.5~約3phrを含む。酸化亜鉛の典型的な量は約2~約5phrを含む。ワックスの典型的な量は約1~約5phrを含む。微晶質ワックスが使用されることが多い。しゃく解剤の典型的な量は約0.1~約1phrを含む。典型的なしゃく解剤は、例えば、ペンタクロロチオフェノール及びジベンズアミドジフェニルジスルフィドであろう。
促進剤は、加硫に要する時間及び/又は温度を制御するため、及び加硫物の性質を改良するために使用される。一態様において、単一促進剤系、すなわち一次促進剤が使用されうる。一次促進剤(一つ又は複数)は、約0.5~約4、好ましくは約0.8~約1.5phrの範囲の総量で使用されうる。別の態様では、活性化及び加硫物の性質を改良するために、一次及び二次促進剤の組合せが使用されうる。その場合、二次促進剤は少量、例えば約0.05~約3phrの量で使用される。これらの促進剤の組合せは、最終性質に対して相乗効果をもたらすことが期待され、いずれかの促進剤を単独で使用して製造されたものよりも多少良好である。さらに、標準的な加工温度には影響されないが、通常の加硫温度で満足のいく硬化をもたらす遅延作用促進剤を使用することもできる。加硫遅延剤も使用できる。本発明に使用されうる適切なタイプの促進剤は、アミン、ジスルフィド、グアニジン、チオウレア、チアゾール、チウラム、スルフェンアミド、ジチオカルバメート及びキサンテートである。好ましくは、一次促進剤はスルフェンアミドである。二次促進剤を使用する場合、二次促進剤は、好ましくは、グアニジン、ジチオカルバメート又はチウラム化合物である。
ゴム組成物の混合は、ゴム混合分野の当業者に公知の方法によって達成できる。例えば、成分は典型的には少なくとも二つの段階、すなわち、少なくとも一つのノンプロダクティブ段階とそれに続くプロダクティブ混合段階で混合される。硫黄加硫剤を含む最終硬化剤は典型的には最終段階で混合される。この段階は従来、“プロダクティブ”混合段階と呼ばれ、そこでは混合が典型的にはその前のノンプロダクティブ混合段階(一つ又は複数)の混合温度より低い温度、又は極限温度で行われる。“ノンプロダクティブ”及び“プロダクティブ”混合段階という用語は、ゴム混合分野の当業者には周知である。ゴム組成物は、熱機械的混合工程に付されてもよい。熱機械的混合工程は、一般的に、140℃~190℃のゴム温度を生ずるために適切な時間の間、ミキサー又は押出機内での機械的作業を含む。熱機械的作業の適切な時間は、運転条件、ならびに成分の体積及び性質に応じて変動する。例えば、熱機械的作業は1~20分であろう。
ゴム組成物は、タイヤの様々なゴム部品に組み込むことができる。例えば、ゴム部品は、トレッド(トレッドの外側キャップ層及びトレッドの内側キャップ層を含む)、サイドウォール、アペックス、チェーファー、サイドウォールインサート、ワイヤコート又はインナーライナーでありうる。好ましくは、部品はトレッドである。
本発明の空気入りタイヤは、レース用タイヤ、乗用車用タイヤ、航空機用タイヤ、農業用、土工機械用、オフロード用、トラック用タイヤなどでありうる。好ましくは、タイヤは乗用車又はトラック用タイヤである。タイヤはラジアルでもバイアスでもよいが、ラジアルが好適である。
本発明の空気入りタイヤの加硫は、一般的に約100℃~200℃の範囲の従来温度で実施される。好ましくは、加硫は約110℃~180℃の範囲の温度で実施される。成形機又は金型内での加熱、過熱蒸気又は熱風による加熱といった通常の加硫プロセスのいずれも使用できる。そのようなタイヤは、当業者に公知の、そして容易に明らかな様々な方法によって構築、成形(shaped)、成型(molded)及び硬化できる。
以下の実施例は、本発明を説明する目的で提供されるものであり、制限を目的としたものではない。すべての部は、特に明記しない限り重量部である。
実施例1
本実施例において本発明によるゴム組成物の利点を例示する。ゴムコンパウンドを表1に示されている配合表に従って混合した。量はphrで示されている。コンパウンドは、標準量の添加剤、例えば硬化剤、カップリング剤、及び劣化防止剤も含有している。
コンパウンドを硬化し、表2に示されている物理的性質について試験した。
Figure 0007042068000005
溶液重合SBR(15%のスチレン含量及び30%の1,2-ビニル含量、Tg=-60℃を有する)として、Styron社製SLR3402
高シス1,4-ポリブタジエンゴムとして、The Goodyear Tire & Rubber Company社製Budene1229TM(約-106℃のTg、約4パーセント未満のビニル1,2-含量及び約96パーセントを超えるシス1,4含量を有する)
沈降シリカとして、PPG社製HiSil315G-DTM(約125m/gのBET(窒素)表面積を有する)
ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド(そのポリスルフィドブリッジ中に平均約2~約2.6個の範囲の連結硫黄原子を含有する)を含むシリカカップラーとして、Evonik社製Si266TM
トラクション樹脂Aとして、スチレンとアルファメチルスチレンのコポリマー(スチレン-アルファメチルスチレンコポリマー)(約80℃~約90℃の軟化点を有する)、Arizona Chemicals社よりSylvares SA85TMとして入手
脂肪酸(ステアリン酸、パルミチン酸及びオレイン酸を含む)
混合p-フェニレンジアミンタイプ
スルフェンアミド、ジチオカルバメート及びジフェニルグアニジンタイプ
Figure 0007042068000006
Instron Corporation社製Automated Testing System機器によるデータ。当該機器により、極限引張、極限伸び、モジュラスなどが測定できる。表に報告されているデータは、Instron 4201荷重フレーム(load frame)であるリング引張試験ステーション(ring tensile test station)を運転することによって得た。
動的性質は、GABO Eplexor試験機により測定した。試験片を1Hz及び様々な温度で0.25%の正弦波変形に付す。
主題発明を例示する目的で一定の代表的態様及び詳細を示してきたが、主題発明の範囲から逸脱することなく、その中で多様な変更及び修正が可能であることは当業者には明らかであろう。
[発明の態様]
1.トレッドベース層と、前記ベース層の半径方向外側に配置された外側キャップ層とを含むトレッドを有する空気入りタイヤであって、
前記外側キャップ層は、軸方向中央ゾーンと、前記中央ゾーンに軸方向に隣接してそれぞれ配置された2つの側部ゾーンとを含み、
前記中央ゾーンは中央ゾーン組成物を含み、前記側部ゾーンは側部ゾーン組成物をそれぞれ含み;
前記中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物はそれぞれ、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、-65℃~-55℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を有し、そしてアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
100~180phrの沈降シリカ;及び
30~80phrの、少なくとも30℃のTgを有する樹脂とオイルの組合せ
を含み、
樹脂及びオイルの全量に対するシリカの量の重量比は3未満であり;
中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大きく、中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満である空気入りタイヤ。
2.中央ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比が1.8未満で1より大であり、側部ゾーンにおけるオイルに対する樹脂の重量比が2.2より大で4未満である、1記載の空気入りタイヤ。
3.側部ゾーン組成物が、30~80phrの、オイルと100℃より高いTgを有するテルペンフェノール樹脂との組合せを含む、2記載の空気入りタイヤ。
4.中央ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比が2.2より大で4未満であり、側部ゾーンにおけるオイルに対する樹脂の重量比が1.8未満で1より大である、1記載の空気入りタイヤ。
5.中央ゾーンが、30~80phrの、オイルと100℃より高いTgを有するテルペンフェノール樹脂との組合せを含む、4記載の空気入りタイヤ。
6.トレッドがさらに、外側キャップ層の半径方向内側かつベース層の半径方向外側に配置された内側キャップ層を含み、前記内側キャップ層は外側キャップ層の下にあり;
内側キャップ層は、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、アルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
約70~約120phrのゴム補強フィラーであって、少なくとも一つの沈降シリカと共に、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する部分及び前記ジエン系エラストマーと相互作用する別の異なる部分とを有する沈降シリカのためのカップリング剤を含むゴム補強フィラー;及び
10~40phrのオイルであって、本質的に樹脂を含まず、オイルに対する補強フィラーの重量比が3より大であるオイル
を含む加硫可能ゴム組成物を含む、1記載の空気入りタイヤ。
7.トレッドがさらに、外側キャップ層の半径方向内側かつベース層の半径方向外側に配置された内側キャップ層を含み、前記内側キャップ層は外側キャップ層の下にあり;
内側キャップ層は、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、アルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
約70~約120phrのゴム補強フィラーであって、少なくとも一つの沈降シリカと共に、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する部分及び前記ジエン系エラストマーと相互作用する別の異なる部分とを有する沈降シリカのためのカップリング剤を含むゴム補強フィラー;及び
10~40phrのオイルであって、本質的に樹脂を含まず、オイルに対する補強フィラーの重量比が3より大であるオイル
を含む加硫可能ゴム組成物を含む、2記載の空気入りタイヤ。
8.トレッドがさらに、外側キャップ層の半径方向内側かつベース層の半径方向外側に配置された内側キャップ層を含み、前記内側キャップ層は外側キャップ層の下にあり;
内側キャップ層は、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
約50~約90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴムであって、アルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている溶液重合スチレン-ブタジエンゴム;
約50~約10phrのポリブタジエンであって、95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有するポリブタジエン;
約70~約120phrのゴム補強フィラーであって、少なくとも一つの沈降シリカと共に、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する部分及び前記ジエン系エラストマーと相互作用する別の異なる部分とを有する沈降シリカのためのカップリング剤を含むゴム補強フィラー;及び
10~40phrのオイルであって、本質的に樹脂を含まず、オイルに対する補強フィラーの重量比が3より大であるオイル
を含む加硫可能ゴム組成物を含む、4記載の空気入りタイヤ。
10 トレッド
12 外側キャップ層
14 ベース層
16 導電性の煙突状部
18a 側部ゾーン
18b 側部ゾーン
20 中央ゾーン
22a トレッドウィング
22b トレッドウィング
30 周方向溝
110 トレッド
112 外側キャップ層
114 ベース層
116 煙突状部
118a 側部ゾーン
118b 側部ゾーン
120 中央ゾーン
122a トレッドウィング
122b トレッドウィング
124 内側キャップ層
130 周方向溝

Claims (5)

  1. トレッドベース層と、前記ベース層の半径方向外側に配置された外側キャップ層とを特徴とするトレッドを有する空気入りタイヤであって、
    前記外側キャップ層は、軸方向中央ゾーンと、前記中央ゾーンに軸方向に隣接してそれぞれ配置された2つの側部ゾーンとを含み、
    前記中央ゾーンは中央ゾーン組成物を含み、前記側部ゾーンは側部ゾーン組成物をそれぞれ含み;
    前記中央ゾーン組成物及び側部ゾーン組成物はそれぞれ、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
    50~90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴム、前記溶液重合スチレン-ブタジエンゴムは-65℃~-55℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を有し、そしてアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている;
    50~10phrのポリブタジエン、前記ポリブタジエンは95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有する;
    100~180phrの沈降シリカ;及び
    30~80phrの、オイルと少なくとも30℃のTgを有する樹脂との組合せ
    を含み、
    前記樹脂及び前記オイルの合計量に対する前記シリカの量の重量比は3未満であり;
    前記中央ゾーン組成物及び前記側部ゾーン組成物の一方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2より大きく、前記中央ゾーン組成物及び前記側部ゾーン組成物の他方におけるオイルに対する樹脂の重量比は2未満である空気入りタイヤ。
  2. 前記中央ゾーン組成物におけるオイルに対する樹脂の重量比が1.8未満で1より大きく、前記側部ゾーンにおけるオイルに対する樹脂の重量比が2.2より大で4未満であることを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記側部ゾーン組成物及び前記中央ゾーン組成物の少なくとも一方が、30~80phrの、オイルと100℃より高いTgを有するテルペンフェノール樹脂との組合せを含むことを特徴とする、請求項2に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記トレッドがさらに、前記外側キャップ層の半径方向内側かつベース層の半径方向外側に配置された内側キャップ層を含み、前記内側キャップ層は外側キャップ層の下にあり;
    内側キャップ層は、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
    50~90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴム、前記溶液重合スチレン-ブタジエンゴムはアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている;
    50~10phrのポリブタジエン、前記ポリブタジエンは95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有する;
    70~120phrのゴム補強フィラー、前記ゴム補強フィラーは少なくとも一つの沈降シリカと、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する部分及び前記ジエン系エラストマーと相互作用する別の異なる部分を有する沈降シリカのためのカップリング剤とを含む;及び
    10~40phrのオイル
    を含む加硫可能ゴム組成物を含み、
    前記加硫可能ゴム組成物は本質的に樹脂を含まず、オイルに対する補強フィラーの重量比が3より大である、
    請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記トレッドがさらに、前記外側キャップ層の半径方向内側かつ前記ベース層の半径方向外側に配置された内側キャップ層を含み、前記内側キャップ層は外側キャップ層の下にあり;
    前記内側キャップ層は、100重量部のエラストマーを基にして(phr)、
    50~90phrの溶液重合スチレン-ブタジエンゴム、前記溶液重合スチレン-ブタジエンゴムはアルコキシシラン基と第一アミン及びチオールからなる群から選ばれる少なくとも一つの官能基とで官能化されている;
    50~10phrのポリブタジエン、前記ポリブタジエンは95パーセントを超えるシス1,4含量及び-80~-110℃の範囲のTgを有する;
    70~120phrのゴム補強フィラー、前記ゴム補強フィラーは少なくとも一つの沈降シリカと、前記沈降シリカ上のヒドロキシル基と反応する部分及び前記ジエン系エラストマーと相互作用する別の異なる部分を有する沈降シリカのためのカップリング剤とを含む;及び
    10~40phrのオイル
    を含む加硫可能ゴム組成物を含み、
    前記加硫可能ゴム組成物は本質的に樹脂を含まず、前記オイルに対する前記補強フィラーの重量比が3より大きい、
    請求項2に記載の空気入りタイヤ。
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